基于LabVIEW的無(wú)線(xiàn)溫度測控系統設計

摘要：基于虛擬儀器設計理論，以LabVIEW8．5為軟件開(kāi)發(fā)平臺，低功耗單片機P89LV51RD2為硬件核心，設計了一個(gè)實(shí)時(shí)溫度測控系統。該系統采用數字溫度傳感器TMPll2，配合單片機，實(shí)現現場(chǎng)溫度采集系統。通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊SZ05與計算機進(jìn)行遠程通信，并由軟件平臺對信號進(jìn)行顯示、分析及存儲，同時(shí)實(shí)現溫度的PID控制。該系統功耗低，測量精度高，界面友好，易于操作，可擴展性強且成本低。
關(guān)鍵詞：P89LV51RD2；TMPll2；LabVIEW；溫度測控；無(wú)線(xiàn)通信；PID控制

引言
傳統的溫度測量?jì)x器，其功能及規格是單一固定的，用戶(hù)無(wú)法根據自己的需要改變。NI公司提出的虛擬儀器概念，徹底打破了傳統儀器由廠(chǎng)家定義、用戶(hù)無(wú)法改變的模式，使測控儀器發(fā)生了巨大變革。LabVIEW是NI公司開(kāi)發(fā)的一種虛擬儀器平臺，而目前利用LabVIEW進(jìn)行的開(kāi)發(fā)通常都是建立在LabVIEW所支持的價(jià)格昂貴的數據采集板卡之上的。為解決這一問(wèn)題，本系統采用低功耗單片機P89LV51RD2和低功耗溫度傳感器TMPll2組成溫度采集節點(diǎn)，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊實(shí)現單片機系統與上位機的遠程通信，不僅取代了價(jià)格昂貴的數據采集卡，大大降低了系統成本，而且實(shí)現了數據的無(wú)線(xiàn)傳輸。同時(shí)，溫度采集節點(diǎn)的低功耗特性，降低了ZigBee組網(wǎng)時(shí)對電源的要求，便于進(jìn)行組網(wǎng)實(shí)現多點(diǎn)測溫。

1 系統的組成及工作原理
圖1給出了系統組成框圖，該溫度測控系統主要由計算機、單片機、溫度測量電路、溫度控制電路以及無(wú)線(xiàn)通信電路組成。TMPll2溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，將溫度數字量傳送給P89LV51RD2后，通過(guò)數碼管LED電路進(jìn)行現場(chǎng)溫度顯示。同時(shí)，P89LV51RD2將溫度數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊SZ05發(fā)送給遠程計算機，運行于PC機上的LabVIEW控制平臺對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并進(jìn)行數據處理、溫度報警及數據存儲等。另外，控制平臺采樣輸入信號，利用LabVIEW中的PID控制器進(jìn)行PID控制，將控制量通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送給單片機，單片機輸出控制量實(shí)現溫度控制。

2 系統硬件設計
2．1 溫度測量顯示電路
本系統采用TI公司于2009年6月推出的高精度低功耗數字溫度傳感器TMPll2來(lái)實(shí)現溫度測量。該傳器具有如下特點(diǎn)：
◆測溫范圍為-40～125℃；
◆0～65℃溫度范同內精度達O．5℃，-40～125℃范圍內精度達1℃；
◆12位分辨率，測量值的讀取精度達到0．0625℃；
◆正常操作模式的最大靜態(tài)電流為10μA，關(guān)機模式則為1μA；
◆電源范圍1．4～3．6 V；
◆SMBus／兩線(xiàn)式串行接口，總線(xiàn)上最多可連接4個(gè)該傳感器。
從功耗、精度、接口等方面綜合考慮，采用P89LV51RD2與TMPll2組成溫度測量節點(diǎn)。雖然P89LV51RD2單片機沒(méi)有專(zhuān)用的I2C總線(xiàn)接口，但可以使用軟件模擬I2C總線(xiàn)，來(lái)實(shí)現單片機與TMPll2的通信。利用單片機的I／O口P1．0和P1．1分別模擬I2C總線(xiàn)的SDA和SCL信號，故只需將單片機的P1．O和P1．1引腳分別與TMPll2的SDA和SCL引腳相連(注意需要上拉)。P89LV51RD2通過(guò)I2C總線(xiàn)讀取溫度數據后，由5個(gè)數碼管顯示溫度值，包括百位(或符號位)、十位、個(gè)位與2個(gè)小數位。